钢结构件焊接通用工艺Word格式文档下载.docx
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对十字接头若是单向承载的接头,只要改变和避免承载受力方向即行,若是双向承受拉伸应力,应在四块板接头中心、加焊装没有层状撕裂的附加件,这样能避免沿板厚方向承载,而且这样的接头应力集中小。
对于角接头焊,只需改变坡口形式,就可避免沿板厚方向受拉的情况。
对于T型接头焊,不应坡口太大造成焊脚过小,而易产生层状撕裂,所以应减小坡口角度,增大焊脚尺寸,使焊缝受力面积增大,也就等于降低了板厚方向的应力值。
如上述改变也难以凑效,只要强度允许就可以利用塑性好的软焊缝施焊,以缓解母材在厚度方向上的应力。
也就是在待焊面,即单面坡口的另一侧未坡口面,堆焊上一层软质焊缝过度层;
零部件的成形加工到组装都可以引起残余应力,而残余应力是引起应力腐蚀裂纹原因之一,因此必须严格控制组装质量,首先要保证各零部件下料尺寸精确,避免进行强力组装。
成形加工和组装过程中应避免出现各种伤痕,对拉筋、H型钢、支撑等所留下的痕迹,应用砂轮磨去,以减少裂纹源。
在焊接工艺方面主要防止焊接热影响区硬化和晶粒粗大,以及产生过大的残余应力和应力集中。
可以通过对焊接热输入和焊接顺序等来调节。
2.2焊条电弧焊
焊条电弧焊是药皮焊条手工电弧焊的简称。
电弧中心的温度在5000°
C以上,电弧电压在16~40V范围,焊接电流在20~500A之间。
可焊厚度范围3~40mm之间。
I型坡口适用于厚度6mm以下的平板对接,采用单面和双面焊接。
无衬垫的对接板缝间隙,一般在0~3mm之间。
间隙过小溶不透,过大第一道焊缝成形难、焊接的速度慢。
V型坡口适用于中厚钢板7~20mm对接,V型坡口角度一般在50℃±
4之间。
坡口根部的直边称钝边,其作用是避免焊穿,一般在1~4mm之间,反面用碳弧气刨清根打磨后焊接。
随着对接板厚增加,V型坡口焊缝内填充金属量就急剧增加,如果可双面焊接,宜设计成X型坡口,这样可节省和减少填充金属,同时也起到减少焊接变形。
以上是相同板厚对接,若不同板厚对接应作过度削斜坡口处理。
焊条的直径大小对焊接质量和生产效率影响很大。
通常是在确保焊接质量的前提下,尽可能选用大直径焊条以提高生产效率。
厚焊件可采用大直径焊条及相当大的焊接电流,这样有助于焊缝金属在接头中完全熔合和适当熔深,其熔敷速度也高于小直径焊条。
带斜坡口需多层焊的接头,第一层焊缝应选用小直径焊条,这样在接头根部容易操作,有利于控制溶透和焊波形状,以后的各层可用大直径焊条以加大熔深和提高熔敷率,可达到快速填满坡口。
在横焊、立焊和仰焊等位置焊接时,由于重力作用,熔化金属易从接头中流出,应选用小直径焊条,因为小的焊接溶池,便于控制。
焊接电流,是焊条电弧焊的主要工艺参数,它直接影响焊接质量和生产效率。
总的原则是在确保焊接质量的前提下,尽量用较大的焊接电流以提高焊接生产率。
但要避免如下情况:
焊接电流过大,焊条后部发红,药皮失效和崩落,保护效果就会变差,造成气孔和飞溅,出现焊缝咬边,焊穿等缺陷。
焊接电流过小,则电流不稳,易造成未焊透、未溶合、气孔和夹渣等缺陷。
如何确定焊接电流,可参考经纶公式:
I(焊接电流)=k(经纶系数)×
d(焊条直径)
焊条直径φ1.6φ2~φ2.5φ3.2φ4~φ6
K20~2525~3030~4040~50
电弧电压,焊条的电弧焊中电弧电压不是焊接工艺的重要参数,一般不须确定。
电弧电压是根据电弧长度来决定的,电弧长则电弧电压高,反之则低。
电弧的长度是焊条芯的熔化端到焊接熔池表面的距离。
它的长短控制主要决定于焊工的知识、经验、视力和手工技巧。
在焊接过程中,电弧的长短直接影响着焊缝的质量和成形。
如果电弧太长,电弧漂摆,燃烧不稳定、飞溅增加、熔深减少、熔宽加大,熔敷速度下降,而且外部的空气易侵入,造成气孔和焊缝金属被氧或氮的污染,焊缝质量下降。
若弧长太短,熔滴过度时可能经常发生短路,使操作困难。
正常的弧长是小于或等到于焊条直径,即所谓短弧焊。
焊接的层数,以钢板厚度定,一般每层焊接厚度应控制在4~5mm为好。
2.3埋弧焊
埋弧自动焊适用于t≥3mm板厚的碳钢和低合金钢的长直、环形或垂直位置的横焊缝的焊接。
焊接速度是手工焊的5~10倍,焊接质量高且稳定,但焊工应需进行焊前操作培训。
埋弧弧是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。
焊缝的形状与尺寸直接影响到焊缝的质量,所以在焊接时必须进行控制。
焊缝的形状与尺寸用三个参数来衡量:
熔深H、焊缝宽度B和余高a。
熔透的程度决定着焊接接头的承载能力,是说明焊缝质量的重要指示之一。
焊缝的宽度倒不直接反映焊接接头的承载能力,但它和熔深构成焊缝的基本形状却影响着焊缝的质量,通常用焊缝形成系数θ=B/H来描述。
当θ小时,说明焊缝窄而深,这样的焊缝往往在熔池金属冷凝过程中气体难以逸出而产生气孔,同时熔池的结晶方向有利于焊接裂纹的生成。
当θ大时,说明焊缝浅而宽,这样的焊缝往往根部不易焊透。
通常埋弧焊接头的焊缝成形系数为θ>1.3较为合理。
若是埋弧堆焊,为了保证堆焊层成分和高的堆焊生产率,其焊缝成形系数θ一般要求较大,可达10。
余高系数。
焊后焊缝产生凹陷是不允许的。
焊缝余高是为了避免熔池金属凝固时产生凹陷而留出的工艺允差,它的存在还能增大焊缝工作截面,从而提高其承受静载的能力。
但是余高过大,则在焊脚趾处引起应力集中,使接头的疲劳寿命下降。
所以要加以限制,使余高a与焊缝宽B应有一个合理的比例关系,一般要求B/a=4~8。
为了提高焊件的疲劳寿命,最好的办法是把对接接头的焊缝余高打磨去掉,或把角焊缝焊成凹面的或者焊后加工焊趾,使余高向母材平滑过度。
影响焊缝形状和尺寸的因素可归纳为:
焊接工艺参数、工艺因素和结构因素三个方面。
埋弧焊的焊接工艺参数主要是焊接电流、电弧电压和焊接速度等。
焊接电流,其它条件不变时,作平面堆焊,熔深H几乎与焊接电流成正比。
减小焊丝直径,可使熔深增加而缝宽减小。
为了获得合理的焊缝成形,通常在提高焊接电流的同时,相应地也提高电弧电压。
电弧电压,其它条件不变时,电弧电压和电弧长度成正比,埋弧焊接过程中为了电弧燃烧稳定总要保持一定的电弧长度,若弧长比稳定的弧长偏短,意味着电弧电压相对于焊接电流偏低,这时的焊缝变窄而余高增加;
若弧长过长,即电弧电压偏高,这时电弧出现不稳定,焊缝变大而余高变小,甚至出现咬边。
在实际操作中,焊接电流增加时电弧电压也相应增加,在熔深增加的同时,熔宽也相应增加。
但是,在每一档焊接电流上约有10V左右的电压变动范围,较低的电压将焊出窄焊道,而较高的电压将焊出宽焊道,超出10V的工作范围焊缝金属的质量下降。
焊接的速度,提高焊接速度则单位长度焊缝上的输入量减小,加入的金属填充量也减少,于是熔深减小、余高减低和焊道变窄。
过快的焊接速度减弱了填充金属与母材之间的熔合并加剧咬边、电弧偏吹、气孔和焊道形状不规则的倾向。
较慢的焊接速度使气体有足够的时间从正在凝固的熔化金属中逸出,从而减少气孔倾向。
但过低的焊接速度又会形成易裂的凹形焊道,在电弧周围流动着大的熔池,引起焊道波纹粗糙和夹渣。
在实际生产中为了提高生产率,在提高焊接速度的同时必须加大电弧的功率(即同时加大焊接电流和电弧电压保持恒定的热输入量),才能保证稳定的熔深和熔宽。
工艺因素主要指焊丝的倾角、焊件斜度和焊剂层的宽度与厚度等对焊缝成形的影响。
焊丝倾角,焊丝垂直于水平面的焊接为正常状态;
焊件倾斜,焊件的摆放倾斜度应控制在3°
以内。
焊剂层的复盖太薄或太厚都对焊缝成形的质量形成影响,太薄易生气孔和裂纹等缺陷,太厚且会出现峰形焊道。
结构因素主要是指接头形式、坡口形式、装配间隙和工件厚度等对焊缝形状和尺寸的影响。
2.4CO2气体保护电弧焊
CO2气体保护焊最适用于t3~50mm的板厚和适用于t>50mm以上的板厚的低碳钢和低合金钢结构。
质量较好,生产率高,操作性能好,但大电流时飞溅较大,外表成型不够美观,设备也较复杂。
因此,焊工施焊要进行专门培训。
CO2气体保护电弧焊简称CO2焊,须在焊接过程中从设备、工艺以及焊丝等方面采取措施,才能获得良好的焊接效果。
药芯焊丝气体保护电弧焊又称管状焊丝气体保护焊,焊接时,主要采用CO2作保护气体。
主要来分析下它与焊条电弧焊相比存在的缺点:
受环境制约,在定外操作需有防风设备;
半自动焊枪比焊条电弧焊枪重,对于狭小空间操作不易;
设备复杂,对使用和维护要求较高。
CO2电弧的穿透力强,厚板焊接时可增加坡口的钝边和减小坡口中;
焊接电流密度大(通常为100~300A/mm2),固焊丝熔化率高;
焊后一般不须清渣,是焊条电弧焊的1~3倍;
电弧热量集中,受热面积小,速度快,焊接变形小;
抗锈能力强,冷裂纹的倾向小;
但在焊接过程中飞溅较多;
抗风能力差;
弧光较强,应加强防辐射保护。
3.0焊工资格:
3.1从事焊接的焊工,必须持有中华人民共和国船舶检验局或相应的各地区技术检验监督局认可的手工焊、二氧化碳气体保护焊、埋弧自动化焊、焊工合格证,方可上岗操作。
3.2施焊时,应严格按焊接工艺要求进行,不得随意改变焊接方法。
3.3每一焊工确定一号码。
3.4对上下翼板、腹板、旁板、内外侧板及管子对接缝,施焊完毕应在相应部位,打上焊工号码,并填写(焊接情况登记表)。
4.0焊接材料选择、配组及使用要求
4.1焊接材料选择(应必须符合表1和表2的规定要求)
4.1.1手工焊条:
选用E5015(J507),直径Φ3.2、Φ4.0焊条。
4.1.2CO2气体保护焊的焊丝:
实芯焊丝选用ER55-G和ER50-6,
药芯选用J501-1和THY-51B。
4.1.3埋弧自动焊焊丝、焊剂(配对组合见表3、表4、表5)
选用H08MnA与HJ431或SJ301、SJ101配对使用—Q345B;
H10Mn2与HJ431或SJ301、SJ101配对使用—Q345C、W60。
焊接材料标准
表1
名称
型号
标准
标准号
埋弧焊丝
H08A,H08E,H08MnA
H10Mn2,H10Mn2G
〈熔化焊用钢丝〉
〈气体保护焊用钢丝〉
GB/T14957-1994
GB/T14958-1994
CO2药芯
焊丝
E71-T1,E70-T1
〈软钢,高强度钢及低温钢用JIS3313-1991
JIS3313-1991
AWSA5.20-79
CO2实芯
H08Mn2SIA
ER70S-6
YGW-11
〈气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝〉
<
碳素钢用CO2气体保护焊接用焊丝>
低碳钢和高强度钢用MAG实芯焊丝>
GB/T8110-1995
AWSA5.18-1993
JIS3321-1989
焊剂
HJ-431
HJ-350
碳素钢埋弧焊用焊剂>
低合金钢埋弧焊用焊剂>
GB/T5293-1985
GB/T12470-1990
SJ101
SJ301
焊条
E4303,E4315,E4316
碳钢焊条>
GB/T5117-1995
E5018,E5105,E5016
低合金钢焊条>
GB/T5118-1995
D4326
D5016,D5026
软钢用涂药焊条>
高强度钢用涂药焊条>
JISZ3211-91
JISZ3212-90
焊接用气体
CO2,Ar
国际或相当于日本标准
JISK1106
JISK1105
常用焊材力学性能和适配母材参照表
表2
焊接
方法
适用
对应AWS
力学性能(不小于)
适配钢材级别
σs(MPa)
σb
(MPa)
〥5
(%)
Akv,J
(℃)
SMAW
GB/T5117
E4303
E4315
A5.1E6003
E6015
330
420
22
27(0)
235
27(-30)
E5003
E5015
E5018M
E7003
E7015
E7018M
400
490
20
24
345
67(-30)
GB/T5118
E5515-C1
E7518-M
A5.5E8015-C1
E11018M
640
540
740
18
27(-40)
460
690
27(-50)
SAW
GB/T5293
F4A0-H10Mn2
A5.17F6A0-EH14
335
415~500
F4A2-H08A
F6A2-EL12
27(-20)
235/345
F5A2-H10Mn2
F7A2-EH14
480
F5A4-H10Mn2
F7A4-H14
GMAW
GB/T8110
ER50-6CO2
ER55-B2-Mn
80Ar+20CO2
ER55-C1
Ar+1~5O2
ER76-1
Ar+2O2
A5.18ER70S-6
A5.28E80S-02
ER80S-NiL
ER110S-1
500
27(-29)
440
550
470
27(-46)
660
760
15
60(-51)
FCAW
GB/T10045
EF13-5032CO2
EF11-5032
A5.20E71T-1
410
47(0)
低合金钢用焊接材料-常用焊丝焊剂(熔炼)的组合
表3
焊剂型号
类别
配用焊丝
电流种类
焊剂烘干条件
/℃×
h
HJ130
熔炼焊剂
H10Mn2
交、直流
250×
2
HJ230
H08MnA,H08Mn2,H10Mn2
HJ250
H10Mn2,H08MnMoA
直流
350×
HJ252
H10Mn2,H08Mn2MoA
HJ330
H08MnA,H10Mn2,H10Mnsi
HJ350
HJ351
HJ360
H10Mnsi,H08MnMoA
HJ430
H08A,H08MnA,H10Mnsi
HJ431
HJ433
H08A
HJ434
300×
低合金钢用焊接材料-常用焊丝焊剂(烧结)的组合
表4
烧结焊剂
H10Mn2,H08MnMoA,H08Mn2MoA
(300~350)×
2
SJ107
H10Mn2,H08MnMoA,H08MnA
SJ201
H10Mn2,H08MnA,H08MnMoA
SJ301
H08MnA,H10Mn2,H08MnMoA
SJ302
H08MnA,H08MnmoA
SJ401
H08A,H08MnA
SJ501
SJ502
1
SJ503
H08MnA,H08A
熔炼焊剂和烧结焊剂在焊接工艺性能及焊缝性能的对比优缺点
表5
比较项目
高速焊接性能
焊缝均匀不易产生气孔和夹渣
焊道无光泽,易产生气孔和夹渣
大焊接电流焊
接时的性能
焊道凹凸显著,易粘渣
焊道均匀,易脱渣
吸潮性能
比较小,可不必再烘干
比较大,必须再烘干
抗锈性能
比较敏感
不敏感
韧性
受焊丝成分和焊剂碱度影响大
比较容易得到较好的韧性
成分波动
焊接工艺参数变动时,成分波动小,
均匀
成分波动大,不易均匀
多层焊性能
焊缝金属的成分变动小
焊绦金属的成分波动比较大
合金剂的添加
几乎不可能
容易
4.2使用要求
4.2.1所领用和使用的焊条、焊丝、焊剂均应有焊条质量保证书和焊条型号(牌号)标识。
4.2.2焊丝必须在临焊接前,拆封装机使用,有锈水份或油污焊丝严禁使用。
4.2.3焊条在使用前应经350~400℃1小时的烘焙并随炉冷至150℃时装在保温筒内随用随取。
在常温下超过二小时应重新烘干,重复烘干次数不宜超过二次。
4.2.4焊接材料应根据焊接工艺评定试验结果确定(以往工艺评定可复盖)。
4.3埋弧焊焊丝和焊剂的正确配对组合
拼接形式不同,则焊缝性能各异。
如用HJ431焊剂焊Q345(16Mn)钢埋弧焊时:
4.3.1焊不坡口对接焊时,由于母材溶入焊缝金属较多,此时应采用合金成分较低的H08A焊丝配HJ431组合,即可满足焊缝力学性能要求;
4.3.2焊厚板坡口对接焊时,由于母材溶入焊缝金属较少,此时应采用合金成分较高的H08MnA、H10Mn2等焊丝配HJ431组合,即可满足焊缝力学性能要求。
若仍用H08A焊丝配HJ431组合,由于母材溶入焊缝金属较少,而使焊缝强度变低;
4.3.3焊角接接头对接焊时,因角接接头焊缝的冷却速度要大于对接接头,此时应采用合金成分较低的H08A焊丝配HJ431组合,即可满足焊缝力学性能要求。
若采用合金成分较高的H08MnA、H10Mn2等焊丝,则该角焊缝的塑性偏低。
5.0焊接材料保管和使用要求:
5.1所购焊条、焊丝、焊剂入库前均应检查焊条质量保证书和焊条型号(牌号)标识。
5.2在仓库里,焊条、焊丝、焊剂应按种类、牌号、批次、规格、入库时间分类堆放,并应有明确标识。
5.3库房内上下左右应保持通风、干燥(室温宜10~25℃,相对湿度小于60%)。
堆放时不要直接放在地面上,要用木板垫高距地面不小于300mm,离开墙不小于300mm。
搬运过程中要轻拿轻放,防止包装损坏。
5.4焊条、焊剂在使用前应经烘焙(见表3、表4、表5、表6)
5.5焊丝在库房内不准拆封,包装若有锈水或油污现象不得发放出库。
低合金钢用焊接材料-不同药皮类型结构钢焊条的再烘干温度
表6
焊条牌号
药皮类型
烘干温度/℃
保温时间/h
J501Fe,J501Fe13~25
70~120
1~2
J502
铁粉氧化钛型
J502Fe
氧化钛钙型
J504Fe13~25
铁粉钛钙型
J505,J505MoD
铁粉氧化铁型
J506,J507
纤维素型
300~350
J506Fe,J507Fe,J501Fe13~25
低氢型
J506H,J507H,J506RH
铁粉低氢型
350~400
540~740Mpa级焊条
790~980Mpa级焊条
400~430
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